1. Патентный анализ 1 Бульдозер с перекидным отвалом

• Название: 1. Патентный анализ 1 Бульдозер с перекидным отвалом
• Дата: 03.05.2022
• Размер: 1.14 Mb.
• Имя файла: 476411.rtf
• Тип: Документы; #509023

Введение

Выполнение больших и возрастающих с каждым годом масштабов строительства обеспечивается применением высокопроизводительных строительных и дорожных машин, комплексной механизации и автоматизации строительного производства. В настоящее время создан большой парк разнообразных строительных и дорожных машин, который систематически пополняется новыми более совершенными машинами.

Для выполнения земляных работ созданы универсальные и специализированные строительные машины – экскаваторы, скреперы, бульдозеры, грейдеры, автогрейдеры с облегченным управлением и удобными кабинами. В данной работе подробнее рассмотрим бульдозеры.

Бульдозер – землеройная машина, состоящая из базового тягача и бульдозерного (навесного) оборудования, предназначенная для резания и перемещения грунта и планировки разрабатываемой поверхности.

Бульдозеры применяют при сооружении насыпей, засыпке траншей и канав, разработке взорванных скальных грунтов, перемещении и штабелировании сыпучих материалов, подаче каменных материалов к питателям дробильных установок, очистке территорий от шлака, мусора и снега, планировке откосов и др.

Бульдозеры как навесное оборудование на тракторы, тягачи и другие базовые машины широко распространены, что объясняется простотой их конструкций, высокой производительностью, возможностью их использования в самых разнообразных грунтовых и климатических условиях и относительно низкой стоимостью выполненных работ.

Целью данной курсовой работы является модернизация отвала бульдозера для работы в стесненных условиях на базе трактора Т-170.

1. Патентный анализ
1.1 Бульдозер с перекидным отвалом
Формула изобретения

Бульдозер с перекидным отвалом, включающий базовую машину, толкающие брусья, отвал с верхним и нижним ножами и гидропривод поворота толкающих брусьев, выполненный в виде двух пар гидроцилиндров, корпуса которых шарнирно соединены с базовой машиной, отличающийся тем, что на толкающих брусьях установлены фиксаторы и направляющие, в которых установлены ползуны, к цапфам которых шарнирно присоединены штоки гидроцилиндров.



Недостатками данного технического решения являются: сложной конструкции поворота толкающих брусьев, вероятность поломки фиксаторов толкающих брусьев, не надежная работа цапф ползунов.
1.2 Рабочее оборудование бульдозера
Формула изобретения

Рабочее оборудование бульдозера, включающее режущий нож с коробкой жесткости, гибкий элемент, выполненный в виде упругой металлической пластины, жестко прикрепленной нижним концом к режущему ножу, коробчатый отвал, в котором установлена упругая подушка, на которую опирается металлическая пластина и толкающие брусья, отличающееся тем, что коробчатый отвал жестко связан с коробкой жесткости, составной отвал шарнирно соединен с толкающими брусьями, при этом к верхней части отвала присоединены корпуса устройств управления положением составного вала, выполненных в виде электромагнитного исполняющего устройства, состоящего из прямоходового электромагнита с втяжным якорем и смонтированного на торцевой поверхности корпуса электромагнита нормально замкнутого колодочного электромагнитного тормоза, а выдвижные элементы устройств управления положением соединены с толкающими брусьями посредством проушин.



Недостатками данного технического решения являются: отсутствие механизма автоматического изменения кривизны гибкого элемента по высоте отвала, а также невозможность изменения угла резания при разработке грунта на установленной глубине, наличие усложняющих элементов таких как прямоходовой электромагнит с втяжным якорем.
1.3 Бульдозер с выдвижным отвалом
Бульдозер с выдвижным отвалом, включающий базовую машину, раму с гидроцилиндрами подъема-опускания, состоящую из жесткой основной секции, шарнирно соединенной с базовой машиной, и дополнительной секции, телескопически подвижной относительно основной и гидроцилиндров перемещения, отвал, соединенный с дополнительной секцией шарнирами и наклонными упорами с верхним и нижним шарнирами, отличающийся тем, что основная секция рамы выполнена шарнирно-сочлененной из двух неподвижных толкающих брусьев, поперечной связи и двух горизонтальных раскосов, дополнительная секция выполнена в виде двух подвижных толкающих брусьев прямолинейной формы, телескопически вставленных в неподвижные толкающие брусья основной секции, а гидроцилиндры перемещения секций расположены внутри неподвижных толкающих брусьев, при этом наклонные упоры выполнены в виде гидроцилиндров и установлены в одной вертикальной плоскости с шарнирами отвала, причем нижний шарнир наклонного упора закреплен на неподвижном толкающем брусе, а верхний – на выдвижном отвале.


Недостатками данного технического решения являются: малая накопительная способность отвала такого бульдозера при транспортировании грунта, наличие шарнирно-рычажных многозвенников, расположенных симметрично относительно продольной оси машины, которые сложны в устройстве, ненадежны в работе и быстро выходят из строя при больших силовых скачкообразных нагрузках и абразивной среде, характерных для работы бульдозера.
1.4 Рабочий орган бульдозера
Формула изобретения

Рабочий орган бульдозера, включающий отвал с лобовым листом, толкающие брусья, гидроцилиндр, очистной элемент, установленный торцевыми сторонами в боковых криволинейных направляющих, и ролики, установленные на осях, расположенных по торцам очистного элемента, отличающийся тем, что он имеет боковые балки, ползуны и дополнительно снабжен гидроцилиндром, аналогичным указанному, при этом боковые балки, оба гидроцилиндра и ползуны расположены за отвалом по бокам, к боковым балкам шарнирно закреплены штоки указанных гидроцилиндров, гидроцилиндры шарнирно закреплены к толкающим брусьям, в которых установлены ползуны в своих направляющих, ползуны шарнирно закреплены к боковым балкам, которые шарнирно закреплены через оси к очистному элементу.



Недостатками данного технического решения являются: наличие шарнирно-рычажных многозвенников, расположенных симметрично относительно продольной оси машины, которые сложны в устройстве, не надежная работа в процессе эксплуатации ползунов установленных в толкающих брусьях.
1.5 Рабочий орган бульдозера
Формула изобретения

Бульдозер, содержащий базовый трактор и бульдозерное оборудование, включающее отвал, толкающие брусья, шарнирно соединенные одним концом с отвалом, а другим – с рамой трактора и снабженные кронштейнами, нижние концы которых закреплены на толкающих брусьях в средней их части, а верхние концы с помощью гидрораскосов соединены с верхней кромкой отвала, гидроцилиндры подъема-опускания отвала, цилиндры которых соединены с рамой трактора, а штоки соединены с отвалом, отличающийся тем, что оси шарниров, соединяющих отвал с толкающими брусьями и со штоками гидроцилиндров подъема-опускания отвала, расположены на одной прямой, при этом гидрораскосы соединены с верхней кромкой отвала с возможностью выведения последнего в горизонтальное положение и обращения вниз рабочей поверхности лобового листа для очистки от налипшего грунта.



Достоинства данного технического решения являются: простота и надежность конструкции крепления отвала к толкающим брусьям бульдозера, минимальное количество шарнирных соединений, возможность выведения в горизонтальное положение отвал бульдозера для очистки рабочей поверхности лобового листа от налипшего грунта.


2. Выбор базовой машины
Основные требования к выбору базовой машины

1. Тип (малогабаритные. легкие. средние….др.)

2. Мощность

3. Тяговое усилие

4. Ремонтопригодность

5. Приспособленность к разных условиям работы (природные условия)

6. Распространенность при земляных работах

Бульдозеры классифицируются по назначению, весу и мощности, силе тяги базовой машины и типу движителя; отдельным конструктивным признакам; системе управления рабочим органам и др.

По назначению бульдозеры делятся на бульдозеры общего назначения, приспособленные для выполнения разнообразных землеройно-транспортных и строительных работ в различных грунтовых условиях, и на бульдозеры специального назначения, которые предназначаются для выполнения определенных видов работ (например, для прокладки дорог, чистки снега, сгребания торфа и т.д.).

По мощности двигателя базовых машин современные бульдозеры можно условно разделить на следующие группы (таблица).
Классификация бульдозеров по мощности двигателя и по номинальному тяговому усилию

Типы	N в кВт (л.с.)	Тн в Т
Малогабаритные Легкие Средние Тяжелые Сверхтяжелые	До 15 (20) 15,5 – 60 (21 – 80) 60 – 108 (81 – 147) 110 – 220 (150 – 300) Больше 220 (больше 300)	До 2,5 2,6 –7,5 8,0 –14,5 15,0 –30,0 Больше 30

Для работы в стесненных условиях анализируя таблицу 2.1 выбираем средний тип бульдозера с мощностью N (60–108) кВт или 81–147 (л.с.) и Т_н (8–14,5).Данными техническими характеристиками обладает бульдозер марки Т-170.
Техническая характеристика бульдозера

Наименование показателей	Показатели
	Т – 170
Базовый трактор, Тип	гусеничный
Модель	Т – 170
Мощность двигателя	140 (180) кВт (л.с.)
Наибольшее тяговое усилие в кгс	15000
Эксплуатационная масса в кг	17300 кг
Тип рамы	внутренняя
Расположение	прямолинейное
Крепление	жесткое
Управление	гидравлическое
Габаритные размеры с базовым трактором, мм, длина	4825
ширина	3230
высота	3145

Проанализировав технические характеристики бульдозера Т-170 из таблицы 2.2 можно с уверенностью сказать, что выбранный прототип отвечает всем заданным требованиям. Так как является самой выпускаемой машиной для земляных работ, обладает высокой ремонтопригодностью, отличная маневренность, легкость в управлении машиной, высокие эргономические показатели, способен работать даже в самых суровых природных условиях.

3. Общий расчет
Расчет базовой машины(прототипа)

1. Предварительный выбор габаритов и масс

Габаритные размеры:

ширина -3230 мм

высота-1145 мм

масса-17300 кг

2. Тяговый расчет

2.1 Определение транспортных и технологических сопротивлений

При транспортировании грунта отвалом бульдозера по горизонтальной площадке возникают сопротивления:

2.2 Wр – сопротивление резанию

2.3 Wпр – сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом

2.4 Wв – сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу

2.5 Wт – сопротивление перемещению бульдозера

2.6 Wтр – сопротивление трению ножа бульдозера о грунт

2.2 Сопротивление резанию
W_р=k٠B٠h₁=150٠3.23٠0.018=9.88 кН
где k-удельное сопротивление лобовому резанию в кН/м², k=170;

L-ширина отвала в м;

h₁–глубина резания во время перемещения призмы грунта (величина заглубления)

Величина заглубления
h₁=k_п٠ V_пр/L=0,025٠2,35/3,23=0,018 м
где k_п - коэффициент определяющий потери грунта в боковые валики на 1 м пути, он зависит от свойств грунта принимаем равным 0,025 для связных грунтов.

V_пр – объем призмы волочения

Объем призмы волочения
V_пр= L٠H²/2٠k_пр =3230٠1145²/2٠0,90=2,35 м³

где L-ширина отвала принимаем равной 3230 мм

H-высота отвала с учетом козырька принимаем равной 1145 мм

к_пр – коэффициент зависящий от характера грунта принимаем равный 0,90

2.3 Сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом
W_пр=G_пр٠µ₂=41496,3٠0,5=20,74 кН
где µ₂–коэффициент трения грунта по грунту µ₂=0,5;

G_пр–вес призмы волочения (Н)

Вес призмы волочения
G_пр=V_пр ٠γ_г ٠g=2,35٠1800٠9,81=41496,3 Н
где γ_г–объемный вес грунта в плотном теле кг/м³, примем γ_г=1800;

g-ускорение свободного падения, g=9,81 м/с².

2.4 Сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу
W_в=G_пр٠cos²σ٠µ₁=41496,3٠0,3289٠0,50=6,82 кН
где σ–угол резания, принимаем равным σ=55⁰;

µ₁–коэффициент трения грунта по металлу, µ₁=0,50 средний суглинок

2.5 Сопротивление перемещению бульдозера
W_т=G*f=203٠0,15=30,45 кН
где f – коэффициент сопротивления перемещению движителей трактора, для гусеничной машины f=0,15

G-сила тяжести бульдозера

Сила тяжести бульдозера
G=(1,17…1,28)*G_бм*g=1,20٠17300٠9,81=203 кН
где G_бм–вес базовой машины равен 17300 кг

Для бульдозеров с неповоротным отвалом суммарное сопротивление движению равно
W=W_p+W_пр+W_в+W_т =9,88+20,74+6,82+30,45=67,89 кН
2.6 Определяем предварительную силу тяги

Зная, что сопротивление грунта копанию преодолевается силой тяги базового тягача, можно написать неравенство

W≤Т

где Т – номинальная сила тяги бульдозера в кН

2.7 Номинальная сила тяги бульдозера
Т=G*φ=203٠0,9=182,7 кН
где φ–коэффициент сцепления грунта с гусеницами, φ=0,9

G-сила тяжести бульдозера равна 203 кН

2.8 Выбор рабочей скорости перемещения бульдозера

Примем рабочую скорость из технической характеристики бульдозера

V_{рабочая}=1,7 км/ч

2.9 Мощность на реализацию тягового усилия
N_т=T٠V_{рабочая}=182,7٠1,7=310,59 кВт

N_дв= W٠ V_{рабочая} /η =67,89٠1,7/0,9=128,2 кВт
где ή – механический к.п.д. машины, η=0,9 (взято из справочника конструктора дорожных машин И.П. Бородачева) отсюда следует, что N_дв расчетная составляет 88% от мощности базовой машины (140 кВт), следовательно Т-170 в качестве базовой машины подходит.

3.0 Проверка правильности выбора веса машины

G_{баз.маш.}=6,5

данное условие выполняется вес базовой машины соотвествует данному требованию.

4. Расчет эксплуатационной производительности

4.1 Производительность бульдозера м³/час, при резании и перемещении грунта.
П=3600٠V_ф٠к_в٠к_укл / Т_ц=3600٠2,08٠0,85٠1,74 /83=124,4 м³/час
технические данные взяты из учебника дорожные машины, машины для земляных работ, автор Алексеева Т.В

где к_в–коэффициент использования бульдозера по времени, принимаем к_в=0,85;

к_укл–коэффициент, учитывающий влияние уклона местности на производительность бульдозера, при угле уклона (5…10) принимаем к_укл=1,74;

Т_ц – длительность цикла в сек;

V_ф–объем грунта (в плотном теле) перед отвалом (м³⁾
V_ф=L٠H²/2٠к_пр٠к_р,=3,23٠1,145²/2٠0,90٠1,13=2,08 м³
где к_пр–коэффициент зависящий от характера грунта, принимаем равным 0,90

к_р–коэффициент разрыхления грунта, принимаем к_р=1,13

Длительность цикла
Т_ц=l_p/ν₁ + l_n/ν₂ + (l_p+l_n)/ν₃ +2٠t_n +t_o +t_c=15/0,4+8,0/1+(15+8)/2,0+2٠10+1,5+4,5=83 с
технические данные взяты из учебника дорожные машины, машины для земляных работ, автор Алексеева Т.В.

где l_n–длина пути перемещения грунта в м, принимаем l_n=15 м;

l_р–длина пути резания в м, принимаем l_p=8,0 м;

ν₁–скорость движения бульдозера при копании грунта в м/сек,

принимаем ν₁=0,4;

ν₂–скорость движения бульдозера при перемещении грунта в м/сек,

принимаем ν₂=1;

ν₃–скорость обратного холостого движения трактора в м/сек, принимаем ν₃=2,0;

t_o–время на опускание отвала в сек, принимаем t_o=1,5;

t_с–время на переключение передач в сек, принимаем t_с=4,5;

t_n–время, необходимое для разворота в сек, принимаем t_n=10.

4.2 Расчет производительность бульдозера при планировочных работах м²/час.

технические данные взяты из учебника дорожные машины, машины для земляных работ, автор Алексеева Т.В.

где n-число проходов по одному месту, принимаем n=2

ν–рабочая скорость движения трактора в м/сек, принимаем ν=0,8

l-длина планируемого участка в м, принимаем l=20 м

0,5 – величина перекрытия проходов в м

φ–угол захвата отвала. принимаем равным 45⁰

5. Статический расчет

Расчетная схема для определения нагрузок действующих на бульдозерное оборудование приведена на рисунке.


Расчетная схема для определения нагрузок действующих на бульдозерное оборудование
На нож отвала бульдозера в плоскости действуют две силы, Р₁ горизонтальная и Р₂ вертикальная.

Горизонтальна сила
Р₁=G٠φ_max/(1-φ_max٠ctg (σ+φ₁))=203٠0,9/(1–0,9٠0,05241)=35,134кН
Вертикальная сила
Р₂= Р₁٠ ctg (σ+φ₁)=35134,61٠0,05241=18,41 кН
где G-сила тяжести бульдозера

φ_max–максимальный коэффициент сцепления движителя с грунтом, принимаем φ_max=0,9

σ–угол резания, σ=55⁰

φ₁–угол трения грунта по металлу, φ₁=32.

Сила подъема отвала кН, определяются по формуле
S_р=S_y*k_д=124,1٠1,35=167,5 кН
где S_y–усилие на штоках гидроцилиндров, в кН; (сила необходимая для опрокидывания трактора)

k_д–коэффициент динамичности, принимаем k_д=1,35.

Необходимая сила для опрокидывания трактора
S_y=(Р₂*l+ Р₁*m+G_o*l_o)/r = (18,41٠3,64+35,134,٠0,55+29,43٠3,45)/2,1 = 124,1кН
где G_o–сила тяжести рабочего оборудования, G_o=29,43кН;

l-линейный размер, l=3,64 м (длина толкающего бруса и отвала)

l_o – линейный размер, l_o=3,45 м (длина толкающего бруса)

m – линейный размер, m=0,55 м (высота от начала гусеницы до середины толкающего бруса)

r – линейный размер примем равным r=2,1 м.

Sp≤Sy

167,5≤124,1 (условия опрокидывания не выполняется)

Следовательно, модернизированный мною бульдозер устойчив при работе.

4. Расчет модернизированного узла

Принимаем гидроцилиндр поршневой двустороннего действия по ОСТ 22–1417–79 [2] с параметрами:

диаметр поршня	D = 140 мм
диаметр штока	d = 63 мм
максимальное расчетное усилие на штоке	215,4 кН
номинальное давление	14 МПа
ход поршня	L = 900 мм

Расчет на растяжение штока гидроцилиндра

 ≤[δр]


δ≤[δр]

0,27 МПа≤140МПа

где N – растягивающая сила

F – площадь штока

Растягивающая сила равна
N=(m_отвала + m_{налипшего грунта})٠g =(300+40)٠9,8=3332 Н
Площадь штока


Расчет на прочность кронштейна.

Проведем расчет опасного сечения II–II кронштейна на изгиб от наибольшей силы Р_ц.

– Изгибающий момент в сечении:
М = Р_ц ∙ l;
где Р_ц - максимальное расчетное усилие на штоке 215.4 кН

l-высота

М = 215400 ∙ 120 = 25848000 Н∙мм.

Для материала 09Г2С ГОСТ 380–71 (сталь углеродистая) допускаемое напряжение будет:
;
= 17,14 МПа,

где σ_т = 240 МПа – предел текучести.

– Момент сопротивления:

= 1508051,34 мм³.

– Момент инерции:
;
= 218667445 мм⁴.

– В соответствии с размерами на рисунке 3 момент инерции сечения II–II:
.
– Толщина листа стенки:
;
= 24,6 мм.

Принимаем δ = 25 мм.

Проверка сечения I–I:

– на срез:
;
= 11,3 МПа < [τ] = 90 МПа,

где F – площадь сечения без учета наваренных шайб;

– на смятие:
;
= 30,7 МПа < [σ] = 120 МПа,

где [σ] и [τ] – допускаемые напряжения.

Проверка сварного соединения

Для сварки материала марки 09Г2С ГОСТ 380–71 применяем электроды типа ЭЧ2 ГОСТ 9467–75.

Сварку конструкции производим угловыми швами У4- 25 по ГОСТ 5264–69.

Все соединения с угловыми швами при работе на осевую продольную силу проверяют на срез:

Разложим силу F = 196,3 кН (max усилие, развиваемое гидроцилиндром) на вертикальную и горизонтальную составляющие:
F_вер = F ∙ sinα; F_вер = 199∙ sin60° = 172 кН;

F_гор = F ∙ cosα; F_гор = 199 ∙ cos60° = 99 кН.
– Перенесем силы F_вер и F_гор в центр стыка сварных швов и добавим момент:
М = F_гор ∙ ;

М = 99 ∙ 10³ ∙ 120 = 11880000 Н∙мм.

Определяем напряжения в сварных швах от силы F_верт:
;
= 20,4 МПа,

где К = δ = 25 мм – катет шва;

L_ш – длина сварного шва.

Определяем напряжения в сварных швах от силы F_гор:
;
= 11,7 МПа.

Определяем напряжения в сварных швах от момента М:
,
где W – момент сопротивления.
;
= 336000 мм².

= 35 МПа.

Расчетным случаем является т. А и для нее напряжение среза равно:
,
где [τ] – допускаемое напряжение на срез для сварного шва;

[σ] = 100 МПа [4];

[τ] = 0,6 ∙ 100 = 60 МПа;

= 60 МПа.

Расчет пальца на срез и изгиб

1. Определяем изгибающий момент в пальце принимая его рабочую длину l=15 см
Mп = N٠l /4=215,4٠15/4=807,75 кН٠см
где N – поперечное изгибающее усилие

l-рабочая длина пальца

2. Находим минимальный момент сопротивления сечения пальца, изготовленного из стали марки Ст5
Wп = Mп/(m٠0,1R) = 807,75 (0,9٠0,1٠ 230) = 30 см³.
где Мп – изгибающий момент

m – коэффициент условий работы принимаем равным m= 0.90

R – расчётное сопротивление круглой прокатной стали для осей и шарниров, МПа принимаем равным R=230МПа

3. Найдем диаметр пальца

4. Проверяем палец на срез



31.5 МПа≤126МПа

Вывод: Палец диаметром 6.6 сантиметра устойчив на срез и на изгиб.